View
5
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Ilman kosteus • Ilman suhteellinen kosteus RH = 𝜌v /𝜌vs
missä 𝜌v = vesihöyryn tiheys (g/m3)
𝜌vs = kylläisen vesihöyryn tiheys
• 10 oC ilmassa vettä enintään 9,4 g/m3
• 35 oC lämpötilmassa vettä enintään 40 g/m3
(ks. kuvaaja)
=> kuivatuksessa ilmaa kannattaa kierrättää
viljassa riittävän kauan (vesi siirtyy ilmaan,
kunnes RH = 100% )
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 10 20 30 40 50 60 70
Ilm
an a
bso
luu
ttin
en
ko
ste
us
(g/m
^3)
Ilman lämpötila celsiusasteina
RH=50%
RH=100%
Lämminilmakuivatus – mihin tarvitaan energiaa?
• Tuoreen viljan (kuiva vilja + poistettava vesi) lämmittämiseen
• Veden poistamiseen jyvästä (kidevesi, fysikaalis-kemiallisesti ts. osmootti-sesti sitoutunut paisuntavesi, fysikaalis-mekaanisesti sitoutunut vesi)
Fysikaalisia suureita
• Ilman tiheys noin 𝜌 = 1,2 kg/m3 (kostea ilma kevyempää kuin kuiva)
• Ilman ominaislämpökapasiteetti cp = 1,0 kJ/kgoC (NTP)
• Tuoreen viljan ominaislämpökapasiteetti c = 2,0 kJ/kgoC
• Veden ominaislämpökapasiteetti c = 4,2 kJ/kgoC (vesi on merkillinen neste)
• Veden ominaishöyrystymislämpö r = 2300 kJ/kg
Viljan kosteus
• Absoluuttinen kosteus AH:
AH = mv Vk
• Ominaiskosteus SH:
SH = mv
mv + mk (Ilmoitetaan %:na)
missä Vk = kuivan aineen tilavuus
missä mv = veden massa (poistettavissa)
missä mk = kuivan aineen massa
Poistettavan veden määrä
Kuivatun (13%) viljan määrä Mvilja13% = 10 000 kg
Mvesi = 𝑎𝑙𝑘𝑢𝑘𝑜𝑠𝑡𝑒𝑢𝑠 % −𝑙𝑜𝑝𝑝𝑢𝑘𝑜𝑠𝑡𝑒𝑢𝑠 %
100% − 𝑎𝑙𝑘𝑢𝑘𝑜𝑠𝑡𝑒𝑢𝑠 %Mvilja13%
Mvesi = 20 % −13 %
100% −20 % 10 000 kg
Mvesi = 875 kg (linkki 3)
Lämminilmakuivatus – tehontarve
1. Ilman lämmitykseen tarvittava teho: 10oC -> 35oC, 7 m3/s
teho P = Q/t = cp mT/t , 7 m3/s eli 8,4 kg/s = (1,0 kJ/kgoC 8,4kg/s 25oC) /1s = 210 kW
(poistoilman lämpö kannattaa ottaa talteen?)
Lämminilmakuivatus – tehontarve
2. Tuoreen viljan lämmitykseen tarvittava teho:
10oC -> 35oC, 10 000 kg, 10 h
P = Q/t = c mT/t
= (2,0 kJ/kgoC 10 000 kg 25oC) / 36 000s
= 14 kW
Lämminilmakuivatus – tehontarve
3. Veden höyrystys:
10 000 kg, 10 h, vettä poistettava 875 kg P = Q/t = r m / t
= (2300 kJ/kg 875 kg) / 36 000s
= 56 kW
Lämminilmakuivatus – tehontarve
4. Paisuntaveden poisto:
Q(max) = 1800 kJ/kg (linkki 2)
Kokonaistehon tarve = 280 kW (kohdat 1.-3.)
Vastaava energiantarve = 11 MJ/kgvettä
Lämpöhäviöitä • Lämmön siirtoputken ja lämpimän säiliön
lämpöhäviö (konvektio, johtuminen, säteily) • Eristämättömän putken (säiliön) lämpösäteilyhäviö: 10 m pit., 0,6 m halk., = 0,80, putken ala = A
T𝑝𝑢𝑡𝑘𝑖 = 343 K (=70oC), T𝑦𝑚𝑝ä𝑟𝑖𝑠𝑡ö = 283 K (=10oC)
P = A (T4𝑝𝑢𝑡𝑘𝑖 - T4
𝑦𝑚𝑝ä𝑟𝑖𝑠𝑡ö) 5,7 10−8 W/(m2 K4)
= 6 kW (suuntaa antava tulos, ei huomioitu mm. pinta- vastusta)
(Vastaavalla tavalla lämmönkeräysputken lämmönsaantiteho, jos lämpötilaero pieni => saanti heikko, joskin johtuminenkin vaikuttaa saantiin)
Energiasäästöjä?
• Poistoilman lämpö talteen, esim. esilämmitykseen (kondensointi)
• Savukaasujen lämpö talteen
• Kuivaamon ja lämpösiirtoputkien eristäminen
• Ilman esikuivatus esim. navetan ullakolla kiertävässä kanavassa => virtausvastushäviöt
vähäisiä, menevät lämmöksi
Lämmöneristäminen
Lämmön johtuminen lämmönsiirtoputkessa:
L = 10 m, 0,6 m halk., jonka päällä 0,10 m
villaeriste ( = 0,052 𝑊
𝑚𝑜𝐶), T𝑠𝑖𝑠ä-T𝑢𝑙𝑘𝑜 =60oC
Pjohtuminen = 2𝜋 𝐿 𝑑𝑇
ln (R2/R1)
= 0,7 kW (vrt. 6 kW)
Kylmäilmakuivatus
• Kylmän ilman (n. 10 oC) virratessa viljan läpi viljan lämpötila laskee kohti märkälämpötilaa. Tällöin ilman RH = 100% (ks. Psykrometritaulu) • Lämpötilan lasku johtuu veden siirtymisestä ilmaan (höyrystyminen sitoo lämpöä) • Jos ilman RH = 100 %, kylmäilmakuivatus ei voi toimia
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
RH %
kuukausi
Mitattu kosteus, Jyväskylä, 2012
Lähde: ilmatieteen laitos
Yhteenvetoa
• Ulkoilman lämpötila korkeampi
=> vähentää lämmitystarvetta => säästöjä
(ei juuri nopeuta lämminilmakuivausta, (?)
jos 𝜌v tällöin korkeampi => kalliimpaa?)
• Jos kuivausilmalle korkeampi lämpötila
pystyy sitomaan enemmän kosteutta
vesi poistuu jyvästä nopeammin
nopeuttaa kuivaamista (olosuhteista
riippumatta)
Hyödyllisiä linkkejä 1. Si-järjestelmä: http://www.sfs.fi/files/70/si-opas.pdf 2. Viljankuivaus kotimaisella polttoaineella -opas: http://www.bioenergiatieto.fi/default/?__EVIA_WYSIWYG_FILE=4550&name=file 3. Viljan kuivatuksessa säästöjä nopeasti -luento: http://www.energia-akatemia.fi/attachments/article/48/Viljan%20kuivatuksessa%20s%C3%A4%C3%A4st%C3%B6j%C3%A4%20nopeasti.pdf 4. Psykrometritaulu: http://www.ohio.edu/mechanical/thermo/Applied/Chapt.7_11/Chapter10b.html
Recommended